增子坊煤礦瓦斯賦存規律及瓦斯涌出量預測研究

張善華

收集整理增子坊煤礦井田地質情況的基礎上，分析了煤層埋藏深度、地質構造、煤層圍巖、煤的變質程度等因素對該礦瓦斯賦存的影響，該煤礦瓦斯涌出量進行了預測。

Abstract： On the basis of collecting and sorting out the geological conditions of the Zengzifang Coal Mine， the influence of factors such as coal seam depth， geological structure， coal seam surrounding rock and coal metamorphism on the occurrence of gas in the mine is analyzed， and the amount of gas emitted from the coal mine is predicted.

關鍵詞：瓦斯賦存;瓦斯;瓦斯涌出量;預測

Key words： gas occurrence;gas;gas emission;prediction

中圖分類號：TD712.5? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2020）27-0238-02

1? 工程概況

增子坊煤礦井田位于大同煤田西北邊緣，行政區劃屬右玉縣，礦井設計規模為120萬t/年。采用斜井開拓，屬刀柱式開采，工作面放炮落煤，畜力運輸，箕斗提升，中央并列式通風。礦井水文地質類型為中等。奧灰水對本礦無影響。正常涌水量約為384m3/d（16m3/h），最大涌水量取最大值，即礦井最大涌水量約為792m3/d（33m3/h）。

礦井為瓦斯礦井，煤塵有爆炸性危險，煤層自燃等級為I～II級，屬容易自燃-自然煤層，地溫和地壓正常，地震烈度為VII度。礦井采用斜井單水平開拓方式，主水平布置在8號煤層中，標高為+1285m。5號煤層設置輔助水平，輔助水平標高為+1306m。礦井共布置三個井筒，即主斜井、副斜井和回風斜井，全部落底于+1285m水平。礦井以東西大巷為界劃分3個盤區，首采工作面布置在53盤區，沿5號煤層布置軌道大巷、皮帶大巷、回風大巷，大巷間距30至50m。

2? 煤層瓦斯參數和礦井瓦斯等級

煤層瓦斯參數據以往地質勘探取樣測定資料，本區有11個鉆孔采取了27個煤層瓦斯樣，采樣方法為解吸法，分別測定各煤層的煤的自然瓦斯成分和瓦斯含量。瓦斯含量CH4最大值是為0.89ml/g（干燥無灰基），瓦斯成分主要以氮氣為主，CH4最大值為24.47%。各煤層平均含量CH4低于0.2ml/g，各煤層平均CH4成分低于10%，總體瓦斯含量低。

全區均處于瓦斯風化帶之內，各煤層瓦斯分帶，5號煤屬于氮氣帶（N2）、二氧化碳-氮氣帶（CO2-N2）和氮氣-甲烷帶（N2-CH4）;6號煤屬于氮氣帶（N2）和氮氣-甲烷帶（N2-CH4）;8號煤屬于氮氣帶（N2）和氮氣-甲烷帶（N2-CH4）。山西省煤炭地質115勘查院2015年編制的《山西省大同煤田增子坊井田生產補充勘探地質報告》鉆孔瓦斯資料進行分析預測。見表1、表2所示。

3? 礦井瓦斯賦存規律研究

研究表明，影響礦井瓦斯賦存因素主要有煤層埋藏深度、煤的變質程度、圍巖情況、構造情況等。

3.1 煤層埋藏深度對瓦斯賦存的影響

本井田處于大同煤田西部南部邊緣，主要可采煤層一般埋藏深度在300m之內，局部風化，有利于瓦斯向地表散放，不容易保存瓦斯。5號煤層瓦斯含量隨埋深增加而加大，南部低，北部高。見圖1所示。

兩者之間關系為：

W=0.0083H+0.3226

式中：W—瓦斯含量，m3/t;H—埋藏深度，m。

3.2 地質構造對瓦斯賦存的影響

本井田位于大同煤田西南部邊緣部位，屬于黃土半掩蓋區，煤層埋藏淺，地質構造復雜程度屬中等。傾角在西南部稍大4°～6°，一般為2°～3°。斷層發育，多為NW、NE向，斷層對煤層瓦斯有一定的釋放作用，有小型褶曲影響不大。

3.3 煤層圍巖對瓦斯賦存的影響

一般頂板巖性為細、中、粗粒砂巖為主，砂礫巖次之，透氣性相對好，瓦斯容易釋放，反之，頂板為泥巖、炭質泥巖，不利于瓦斯釋放。

3.4 煤的變質程度對瓦斯賦存的影響

一般煤變質程度高，則瓦斯含量高，反之則低。本井田鏡質體最大反射率在0.6～0.7%，屬于最低變質程度，因而煤生成瓦斯的能力差，原始瓦斯含量低，瓦斯賦存就不高。

4? 礦井瓦斯涌出量預測

根據《大同煤礦集團鐵峰煤業有限公司增子坊煤礦5號煤層瓦斯涌出量預測報告》，該礦5號煤層礦井瓦斯涌出量預測結果如下：

4.1 礦井瓦斯涌出量預測

礦井瓦斯涌出量計算公式：

式中：q井—礦井相對瓦斯涌出量，m3/t;q區i—第i個生產采區相對瓦斯涌出量，m3/t; Aoi—第i個生產采區平均日產量，t; K″—已采采空區瓦斯涌出系數，53盤區（為303盤區）K″取1.30;預測結果如表3所示。

4.2 瓦斯涌出量構成分析

根據前面5號煤層瓦斯涌出量預測結果，礦井、工作面、采空區的瓦斯涌出量構成結果見表4、表5、表6。

對表4、表5、表6進行分析，可以得出：

①瓦斯涌出以開采層為主、鄰近層為輔，開采層瓦斯涌出分別占63.40%、64.10%、63.40%，鄰近層瓦斯涌出分別占36.60%、35.90%、36.60%。

②瓦斯涌出中回采工作面瓦斯涌出分別占70.30%、66.10%、70.30%，掘進瓦斯涌出分別占6.69%、11.02%、6.69%，采空區瓦斯涌出分別占23.01%、22.88%、23.01%。

③瓦斯涌出以生產采區瓦斯涌出為主，已采采區瓦斯涌出為輔，生產采區瓦斯涌出分別占74.22%、71.08%、77.10%，已采采區瓦斯涌出分別占25.78%、28.92%、22.90%。

④增子坊5號煤層53盤區以120萬t/a產量開采時，掘進面最大絕對瓦斯涌出量0.16m3/min，回采工作面最大絕對瓦斯涌出量3.36m3/min;礦井最大絕對瓦斯涌出量6.20m3/min，最大相對瓦斯涌出量為2.46m3/t。

⑤根據《煤礦瓦斯等級鑒定暫行辦法》有關鑒定依據和測算辦法，判定該礦井開采5號煤層時為瓦斯礦井。

5? 煤與瓦斯區域突出危險性預測

本礦井缺乏瓦斯參數，如瓦斯放散初速度△P，煤層堅固性系數f值，同時也缺乏瓦斯壓力等數據。按照煤層瓦斯含量W進行預測，區域突出危險性預測臨界值指標定為瓦斯含量8m3/t。本井田煤層瓦斯含量均小于2m3/t，且處于瓦斯風化帶中，無煤與瓦斯突出危險。根據瓦斯測定結果分析，可采煤層瓦斯含量均小于2ml/g，該井田瓦斯類型應屬于簡單。

參考文獻：

[1]王飛.辛置礦綜采面本煤層瓦斯治理技術應用[J].能源與節能，2019（08）：175-176.

[2]楊旭東.野川煤業3#煤層瓦斯涌出量預測[J].山西化工，2018，38（03）：195-196，199.

[3]李景方，楊楊.基于分源預測法的煤層瓦斯涌出量預測[J].中州煤炭，2015（01）：71-75.

[4]張茂增.深部礦井瓦斯異常區瓦斯防治技術應用[A].中國煤炭工業協會.全國煤礦千米深井開采技術[C].中國煤炭工業協會：中國煤炭工業協會，2013：6.